JP5675380B2 - 転がり軸受および冠形保持器 - Google Patents
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Description
この発明は、転がり軸受および冠形保持器に関し、低トルク化を図ることができる保持器の構造に関する。
玉軸受の多くは潤滑剤としてグリースを封入し、シールやシールドで密封した状態で使用される。グリースを用いた軸受は、油による潤滑と比較して、給油設備が不要・メンテナンスフリー等の利点が挙げられる。
軸受には、回転に対する抵抗つまり回転トルクがあり、転動体と内外輪間の摩擦や、転動体と保持器の摩擦、潤滑剤の攪拌や粘性の影響がある。グリース潤滑の場合、玉や保持器がグリースを撹拌する撹拌抵抗や、保持器とシール等との間でグリースをせん断するせん断抵抗が軸受のトルクとなる。
軸受には、回転に対する抵抗つまり回転トルクがあり、転動体と内外輪間の摩擦や、転動体と保持器の摩擦、潤滑剤の攪拌や粘性の影響がある。グリース潤滑の場合、玉や保持器がグリースを撹拌する撹拌抵抗や、保持器とシール等との間でグリースをせん断するせん断抵抗が軸受のトルクとなる。
グリース潤滑の軸受において、回転トルクの低下を図った従来技術として、例えば、グリースの組成によって、低温時においても軸受の回転トルクが低くなるものが開示されている（特許文献１）。
保持器形状により、軸受の低トルク化を図った従来技術として、例えば、保持器ポケットの内周面と玉の転動面との間に必要最小限の潤滑剤を取り込むようにして、保持器音および回転トルクの低減を図ったものが開示されている（特許文献２）。
その他の保持器による低トルク化の従来技術として、例えば、転動体がポケットに衝突した際に、緩衝作用がある溝を保持器ポケット間に設けたものが開示されている（特許文献３）。
その他の軸受の低トルク化を図った従来技術として、軸受シール部の組成や形状を変更したものが開示されている（特許文献４）。
保持器形状により、軸受の低トルク化を図った従来技術として、例えば、保持器ポケットの内周面と玉の転動面との間に必要最小限の潤滑剤を取り込むようにして、保持器音および回転トルクの低減を図ったものが開示されている（特許文献２）。
その他の保持器による低トルク化の従来技術として、例えば、転動体がポケットに衝突した際に、緩衝作用がある溝を保持器ポケット間に設けたものが開示されている（特許文献３）。
その他の軸受の低トルク化を図った従来技術として、軸受シール部の組成や形状を変更したものが開示されている（特許文献４）。
軸受の用途によっては、グリースやシール等を変更できないものがあるため、グリースやシール等によるトルク低減方法では、その使用が限定される。
前述の保持器ポケットの内周面と玉の転動面との間に必要最小限の潤滑剤を取り込む保持器では、軸受空間内に多くのグリースを封入した場合、トルク低減の効果は得られない。その他前記保持器では、転動体を保持するための面積が低下するため、保持器の振れ回りやガタが生じる可能性がある。
前述の緩衝作用がある溝を保持器ポケット間に設けた保持器では、起動時やミスアライメント発生時のトルク低減は期待できるが、回転が安定している状態では、従来の保持器と変わらないトルクとなる。
前述の保持器ポケットの内周面と玉の転動面との間に必要最小限の潤滑剤を取り込む保持器では、軸受空間内に多くのグリースを封入した場合、トルク低減の効果は得られない。その他前記保持器では、転動体を保持するための面積が低下するため、保持器の振れ回りやガタが生じる可能性がある。
前述の緩衝作用がある溝を保持器ポケット間に設けた保持器では、起動時やミスアライメント発生時のトルク低減は期待できるが、回転が安定している状態では、従来の保持器と変わらないトルクとなる。
この発明の目的は、軸受の用途に限定されず、グリースやシール等を変更することなく確実に軸受の回転トルクの低減を図ることができる転がり軸受および冠形保持器を提供することである。
この発明の転がり軸受は、内外輪間に介在する複数の玉が保持器に保持された転がり軸受において、前記保持器は、環状体の一側面に一部が開放されて内部に玉を保持するポケットを、前記環状体の円周方向複数箇所に有する冠形状であり、前記環状体のうち円周方向に隣接するポケット間にグリースを溜めるグリース収容凹部を設け、このグリース収容凹部と前記ポケットとを連通し、前記玉に付着したグリースを、玉と保持器との相対動作により前記グリース収容凹部へ移動させる連通口を設けたことを特徴とする。
この構成によると、保持器にグリース収容凹部を設け、このグリース収容凹部と、玉を保持するポケットとに連通する連通口を設けたため、軸受運転時、玉に付着したグリースを連通口によりグリース収容凹部に移動させる。つまり玉がポケット内で回転すると、玉に付着したグリースの一部が連通口に到達し、さらに玉がポケット内で回転することで、前記グリースの一部が、例えば、連通口の縁による掻き取りや玉の圧力等により連通口を通してグリース収容凹部側に押圧されて移動する。前記グリースがグリース収容凹部に格納され保持器と共に回転するため、前述の撹拌抵抗やせん断抵抗を軽減することができる。
グリースによる潤滑では、グリースの基油が潤滑に作用する。グリース収容凹部内に保持されたグリースから分離した基油は、連通口を通って玉へ供給されるため、潤滑に必要な基油を利用することができる。
グリースによる潤滑では、グリースの基油が潤滑に作用する。グリース収容凹部内に保持されたグリースから分離した基油は、連通口を通って玉へ供給されるため、潤滑に必要な基油を利用することができる。
前記連通口は、前記環状体の内径側に開口する切欠きであり、この切欠きの縁で前記玉に付着したグリースを掻き取りこのグリースを前記グリース収容凹部へ移動させる。この場合、切欠きの縁でグリースを掻き取る効果を高め、グリース収容凹部へグリースを移動させ易くできる。また、保持器形状を複雑化することなく連通口を設けることができる。
前記環状体の軸心に垂直な平面であり前記ポケットの中心を通る前記平面に対する、前記連通口の中央部の角度を２０度以上５０度以下の範囲としても良い。保持器を射出成形で製作する場合、前記平面に対する連通口の中央部の角度が２０度未満と小さいと金型から保持器を抜くことが困難となる。また、玉と内外輪との接触部つまり軌道面は、グリースの付着量が少ないため、前記角度が小さいとグリースをグリース収容凹部へ掻き入れる効果が小さい。前記角度を２０度以上５０度以下の範囲とすることで、製作容易となるうえ、グリースをグリース収容凹部へ掻き入れる効果を高めトルク低減を図れる。
前記環状体の軸心に垂直な平面であり前記ポケットの中心を通る前記平面に対する、前記連通口の中央部の角度を２０度以上５０度以下の範囲としても良い。保持器を射出成形で製作する場合、前記平面に対する連通口の中央部の角度が２０度未満と小さいと金型から保持器を抜くことが困難となる。また、玉と内外輪との接触部つまり軌道面は、グリースの付着量が少ないため、前記角度が小さいとグリースをグリース収容凹部へ掻き入れる効果が小さい。前記角度を２０度以上５０度以下の範囲とすることで、製作容易となるうえ、グリースをグリース収容凹部へ掻き入れる効果を高めトルク低減を図れる。
前記連通口の大きさを、前記ポケットの内径の１０％以上４０％以下の範囲としても良い。連通口の大きさが前記ポケットの内径の１０％より小さいと、連通口を通してグリースを移動させることが困難となる。連通口の大きさが前記ポケットの内径の４０％より大きいと、ポケットが玉を保持することが難しくなる。
前記環状体のうちグリース収容凹部が設けられた箇所を、同環状体の軸心を含み、隣接するポケット間の中間部を通る平面で切断して見た断面形状について、前記環状体の内壁部および円周方向に隣接するポケットを繋ぐ連結部が、前記グリース収容凹部を成し、前記内壁部が前記軸心に対し傾斜する傾斜面を有するもの、および、前記連結部が前記軸心に垂直な平面に対し傾斜する傾斜面を有するもののいずれか一方または両方を含むものとしても良い。
前記内壁部が前記軸心に対し傾斜する傾斜面を有する場合に、内壁部の肉厚が反ポケット側に向かうに従って薄肉となる傾斜面であると、軸受運転時、グリース収容凹部内に溜めたグリースを、回転による遠心力により前記傾斜面から軸受空間内に円滑に排出させることができる。
逆に前記内壁部の肉厚が反ポケット側に向かうに従って厚肉となる傾斜面であると、軸受運転時、グリース収容凹部内に溜めたグリースを漏出させないように保持することができる。
逆に前記内壁部の肉厚が反ポケット側に向かうに従って厚肉となる傾斜面であると、軸受運転時、グリース収容凹部内に溜めたグリースを漏出させないように保持することができる。
前記連結部が前記軸心に垂直な平面に対し傾斜する傾斜面を有する場合に、連結部の肉厚が内径側に向かうに従って薄肉となる傾斜面であると、保持器剛性を高め、高速回転させる場合に保持器の強度を確保し得る。さらに軸受運転時、グリース収容凹部内に溜めたグリースを回転による遠心力により前記傾斜面から内壁部を介して軸受空間内に円滑に排出させることができる。
逆に前記連結部の肉厚が内径側に向かうに従って厚肉となる傾斜面であると、グリース収容凹部内に溜めたグリースを漏出させないように保持し得る。
逆に前記連結部の肉厚が内径側に向かうに従って厚肉となる傾斜面であると、グリース収容凹部内に溜めたグリースを漏出させないように保持し得る。
前記グリース収容凹部内に仕切り板を設けても良い。この仕切り板によって、グリース収容凹部にグリースを保持し易くできる。
前記環状体のうち、グリース収容凹部の反ポケット側の他側面を覆う覆い部を設けても良い。高速回転の場合、覆い部によりグリース収容凹部に保持されたグリースが漏出することを防止し得る。
前記環状体のうち、グリース収容凹部の反ポケット側の他側面を覆う覆い部を設けても良い。高速回転の場合、覆い部によりグリース収容凹部に保持されたグリースが漏出することを防止し得る。
前記ポケットの内面における環状体外径側のポケット開口縁に、凹み部を設けても良い。凹み部からポケット内に進入したグリースは、内輪側に移動し、玉配列ピッチ円付近で均される。このため、軸受内のグリースをより多くグリース収容凹部に引き込むことが可能となる。
前記ポケットの内面の底部に、凹み部を設けても良い。この場合、グリースから分離した基油の一部が凹み部に進入するため、玉とポケット間の基油による粘性せん断抵抗を減らすことができる。それ故、より低トルク化に寄与し得る。
前記保持器は射出成形で製作されたものであり、前記連通口を環状体の軸心に平行、またはポケット側からグリース収容凹部側に向かうに従って広がるように設けても良い。この場合、射出成形金型から保持器を抜き易くすることができる。また、金型に高精度な加工が要求されるポケット側でなく、比較的加工の容易なグリース収容凹部側の金型に、連通口を形成する金型を適用することができる。したがって、金型の製作費の低減を図れる。
前記ポケットの内面の底部に、凹み部を設けても良い。この場合、グリースから分離した基油の一部が凹み部に進入するため、玉とポケット間の基油による粘性せん断抵抗を減らすことができる。それ故、より低トルク化に寄与し得る。
前記保持器は射出成形で製作されたものであり、前記連通口を環状体の軸心に平行、またはポケット側からグリース収容凹部側に向かうに従って広がるように設けても良い。この場合、射出成形金型から保持器を抜き易くすることができる。また、金型に高精度な加工が要求されるポケット側でなく、比較的加工の容易なグリース収容凹部側の金型に、連通口を形成する金型を適用することができる。したがって、金型の製作費の低減を図れる。
前記保持器が合成樹脂材料または植物由来の樹脂材料を含むものであっても良い。量産性に優れる射出成形により保持器を製作する場合、合成樹脂材料としてナイロン等のポリアミド系樹脂を用いることで、加工・組立が容易で低コスト化を図ることができる。保持器の合成樹脂材料としてポリエーテルエーテルケトン，略称ＰＥＥＫを用いることで、高強度、耐熱性、耐摩耗性、耐加水分解性に優れたものとできる。保持器の合成樹脂材料としてポリフェニレンサルサイド，略称ＰＰＳを用いることで、高温性、耐薬品性に優れ、難燃性、寸法安定性が高い保持器とすることができる。
近年工業製品に対して強く要求される低環境負荷の観点から、保持器材料として植物由来の樹脂材料が用いられる。すなわちＣＯ２収支がゼロとなる（カーボンニュートラル）バイオプラスチックの利用であり、この範疇には例えば、サトウキビやとうもろこしといった糖質類から合成されるポリ乳酸やポリブチレンサクシネート、またはひまし油等から合成されるポリアミド等が含まれる。
近年工業製品に対して強く要求される低環境負荷の観点から、保持器材料として植物由来の樹脂材料が用いられる。すなわちＣＯ２収支がゼロとなる（カーボンニュートラル）バイオプラスチックの利用であり、この範疇には例えば、サトウキビやとうもろこしといった糖質類から合成されるポリ乳酸やポリブチレンサクシネート、またはひまし油等から合成されるポリアミド等が含まれる。
前記グリース収容凹部に初期にグリースを封入したものであっても良い。
前記「初期」とは、軸受組立時におけるグリース封入段階を意味する。グリースが極めて短時間でグリース収容凹部に移動することで、低トルクとなるが、例えば、軸受空間に封入するグリース封入量自体は変えずに、グリース収容凹部に初期にグリースを封入しておくことで、起動時のトルクを低減することができる。
前記転がり軸受が深溝玉軸受またはアンギュラ玉軸受であっても良い。
前記転がり軸受に、内外輪間の軸受空間を塞ぐ密封装置を外輪に設けても良い。
前記「初期」とは、軸受組立時におけるグリース封入段階を意味する。グリースが極めて短時間でグリース収容凹部に移動することで、低トルクとなるが、例えば、軸受空間に封入するグリース封入量自体は変えずに、グリース収容凹部に初期にグリースを封入しておくことで、起動時のトルクを低減することができる。
前記転がり軸受が深溝玉軸受またはアンギュラ玉軸受であっても良い。
前記転がり軸受に、内外輪間の軸受空間を塞ぐ密封装置を外輪に設けても良い。
前記保持器の連通口は、グリース収容凹部と、このグリース収容凹部に対する円周方向片側のポケットとにわたって連通するものであっても良い。軸受運転時、保持器の連通口は、軸受空間における軸受内径側から玉に付着した過剰なグリースを掻き取る。このため、内外輪いずれかの回転方向が決まっている用途であれば、グリース収容凹部と円周方向片側のポケットとにわたって連通する連通口を設けることで、軸受運転時、保持器に対する玉の一方向の相対動作により玉に付着したグリースを、前記連通口を通してグリース収容凹部にスムースに移動させる作用効果が生じる。これにより、トルク低減を図れる。
軸受組立時に前記グリース収容凹部にグリースを封入したものであっても良い。例えば、軸受空間に封入するグリース封入量自体を変えずに、軸受組立時にグリース収容凹部にグリースを封入しておくことで、軸受空間に封入されたグリース全体のうち軌道面にあるグリースのみが起動時、潤滑に寄与する。グリース収容凹部に保持されたグリースは保持器と共に回転するため、玉および保持器がグリースを攪拌する攪拌抵抗や、保持器とシール等との間でグリースをせん断するせん断抵抗の低減を図ることができる。これにより起動時のトルクを低減することができる。その後、グリース収容凹部に封入されたグリースから基油の一部が分離し、連通口を通ってポケット内の玉に供給され潤滑に供される。このように潤滑に必要な基油の一部を利用するうえ、グリースの増ちょう剤をグリース収容凹部に残すため、前記攪拌抵抗およびせん断抵抗が軸受運転中増加することもない。
この発明の冠形保持器は、環状体の一側面に一部が開放されて内部に玉を保持するポケットを、前記環状体の円周方向複数箇所に有する冠形状の保持器において、前記環状体のうち円周方向に隣接するポケット間にグリースを溜めるグリース収容凹部を設け、このグリース収容凹部と前記ポケットとに連通し、前記玉に付着したグリースを、玉と保持器との相対動作により前記グリース収容凹部へ移動させる連通口を設け、この連通口は、前記ポケットの間口縁で前記環状体の内径側に開口する切欠きであり、この切欠きの縁で前記玉に付着したグリースを掻き取りこのグリースを前記グリース収容凹部へ移動させることを特徴とする。
この構成によると、軸受運転時、玉に付着したグリースを連通口によりグリース収容凹部に移動させる。前記グリースがグリース収容凹部に格納され保持器と共に回転するため、前述の撹拌抵抗やせん断抵抗を軽減することができる。グリースによる潤滑では、グリースの基油が潤滑に作用する。グリース収容凹部内に保持されたグリースから分離した基油は、連通口を通って玉へ供給されるため、潤滑に必要な基油を利用することができる。
前記連通口は、前記グリース収容凹部と前記ポケットとを連通させ、且つ環状体の内径側に開口する切欠きであっても良い。この場合、切欠きの縁でグリースを掻き取る効果を高めることができる。
この構成によると、軸受運転時、玉に付着したグリースを連通口によりグリース収容凹部に移動させる。前記グリースがグリース収容凹部に格納され保持器と共に回転するため、前述の撹拌抵抗やせん断抵抗を軽減することができる。グリースによる潤滑では、グリースの基油が潤滑に作用する。グリース収容凹部内に保持されたグリースから分離した基油は、連通口を通って玉へ供給されるため、潤滑に必要な基油を利用することができる。
前記連通口は、前記グリース収容凹部と前記ポケットとを連通させ、且つ環状体の内径側に開口する切欠きであっても良い。この場合、切欠きの縁でグリースを掻き取る効果を高めることができる。
この発明の転がり軸受は、内外輪間に介在する複数の玉が保持器に保持された転がり軸受において、前記保持器は、環状体の一側面に一部が開放されて内部に玉を保持するポケットを、前記環状体の円周方向複数箇所に有する冠形状であり、前記環状体のうち円周方向に隣接するポケット間にグリースを溜めるグリース収容凹部を設け、このグリース収容凹部と前記ポケットとに連通し、前記玉に付着したグリースを、玉と保持器との相対動作により前記グリース収容凹部へ移動させる連通口を設け、この連通口は、前記ポケットの間口縁で前記環状体の内径側に開口する切欠きであり、この切欠きの縁で前記玉に付着したグリースを掻き取りこのグリースを前記グリース収容凹部へ移動させるため、軸受の用途に限定されず、グリースやシール等を変更することなく確実に軸受の回転トルクの低減を図ることができる。
この発明の一実施形態を図１ないし図９と共に説明する。図１に示すように、この実施形態に係る転がり軸受１は、密閉型の深溝玉軸受であり、内輪２と、外輪３と、複数の玉４と、保持器５と、内外輪２，３間の軸受空間を塞ぐ密封装置６，６とを有する。外輪３の各シール溝３ｂに密封装置６が嵌め込まれて固定されている。なお、深溝玉軸受において、いずれか一方または両方の密封装置６を省略することも可能である。図１では密封装置６として接触シールが示されているが、非接触シールであっても良い。密封装置６として金属板からなるシールドを設けても良い。外輪３は内周に軌道面３ａを有し、内輪２はこの軌道面３ａに対向する軌道面２ａを有する。これら軌道面２ａ，３ａ間に複数の玉４を介在させ、保持器５が複数の玉４を保持している。前記軸受空間にグリースが封入される。玉４は例えば鋼球から成る。
保持器５について説明する。
図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、保持器５は、環状体７の一側面７ａに一部が開放されて内部に玉４を保持するポケットＰｔを、前記環状体７の円周方向複数箇所に有する冠形状である。この保持器５は、例えば、合成樹脂材料を射出成形または機械加工して形成されている。合成樹脂材料として、例えば、ナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン，略称ＰＥＥＫ、ポリフェニレンサルサイド，略称ＰＰＳ等を用いる。
保持器５は各ポケットＰｔの内面を同一曲率から成る球面とし、各ポケットＰｔに玉４がはめ込まれることにより、軸方向、径方向、および円周方向への拘束がなされる転動体案内形式に構成されている。
図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、保持器５は、環状体７の一側面７ａに一部が開放されて内部に玉４を保持するポケットＰｔを、前記環状体７の円周方向複数箇所に有する冠形状である。この保持器５は、例えば、合成樹脂材料を射出成形または機械加工して形成されている。合成樹脂材料として、例えば、ナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン，略称ＰＥＥＫ、ポリフェニレンサルサイド，略称ＰＰＳ等を用いる。
保持器５は各ポケットＰｔの内面を同一曲率から成る球面とし、各ポケットＰｔに玉４がはめ込まれることにより、軸方向、径方向、および円周方向への拘束がなされる転動体案内形式に構成されている。
環状体７のポケットＰｔの開放側の側面におけるポケットＰｔの円周方向の両端からそれぞれ軸方向に突出する一対の爪８，８を、各ポケットＰｔに対して設けている。これら一対の爪８，８は、円周方向に対向し、互いの間で前記ポケットＰｔの一部を構成する。換言すれば、一対の爪８，８の内面は、ポケット底面をなす球面と同一の曲率中心位置で且つ同一曲率半径の球面に沿って形成されている。
図３に示すように、環状体７のうち円周方向に隣接するポケットＰｔ，Ｐｔ間に、グリースを溜めるグリースポケットとしてグリース収容凹部ＧＰを設けている。図２（Ｂ）に示すように、環状体７のうちグリース収容凹部ＧＰの反ポケット側が開放されている。図４に示すように、環状体７のうちグリース収容凹部ＧＰが設けられた箇所を、同環状体７の軸心Ｌ１を含む平面で切断して見た断面形状について、環状体７の内壁部９および円周方向に隣接するポケットＰｔ，Ｐｔを繋ぐ連結部１０が、グリース収容凹部ＧＰを成す。図３に示すように、グリース収容凹部ＧＰは、環状体７における内壁部９と、隣接するポケットＰｔ，Ｐｔの球面状の外壁部Ｐａと、連結部１０とで囲まれてグリースを収容可能に設けられる。
図３に示すように、環状体７において、グリース収容凹部ＧＰとポケットＰｔとに連通する連通口Ｒｈが設けられている。連通口Ｒｈは、グリース収容凹部ＧＰ内に溜めたグリースの基油を、ポケットＰｔ内の玉４（図１）に供給する機能を有する。また、軸受運転時、玉４に付着したグリースを、玉４と保持器５との相対動作により連通口Ｒｈを通してグリース収容凹部ＧＰに移動させるようになっている。
図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、連通口Ｒｈは、グリース収容凹部ＧＰとポケットＰｔとに連通し、且つ環状体７の内径側に開口する切欠きである。ここで図５に示すように、環状体７の軸心Ｌ１に垂直な平面Ｓ１であってポケットＰｔの中心Ｃ１を通る前記平面Ｓ１を基準とする。この平面Ｓ１に対する連通口Ｒｈの中央部の角度α１を２０度以上５０度以下の範囲とすることが好ましい。保持器５を射出成形で製作する場合、前記平面Ｓ１に対する連通口Ｒｈの中央部の角度α１が２０度未満と小さいと金型から保持器を抜くことが困難となる。また、玉４と内外輪２，３との接触部つまり軌道面２ａ，３ａは、グリースの付着量が少ないため、前記角度α１が小さいとグリースをグリース収容凹部ＧＰへ掻き入れる効果が小さい。前記角度α１を２０度以上５０度以下の範囲とすることで、製作容易となるうえ、グリースをグリース収容凹部ＧＰへ掻き入れる効果を高めトルク低減を図れる。
図６に示すように、連通口Ｒｈの大きさつまりポケットＰｔの保持器円周方向に沿った最大幅寸法Ｈは、ポケットＰｔの内径ｄ１の１０％以上４０％以下とすることが好ましい。連通口Ｒｈの最大幅寸法ＨがポケットＰｔの内径ｄ１の１０％より小さいと、連通口Ｒｈを通してグリースを移動させることが困難となる。連通口Ｒｈの最大幅寸法ＨがポケットＰｔの内径ｄ１の４０％より大きいと、ポケットＰｔが玉４を保持することが難しくなる。
ここで図７は、この実施形態に係る転がり軸受にラジアル荷重のみを与えた場合の、玉４と軌道面２ａ，３ａとが接触している部分等を表す転がり軸受１の断面図である。同図に示すように、軸受１にラジアル荷重のみ負荷された状態では、玉４と、内輪２の軌道面２ａおよび外輪３の軌道面３ａとが接触している部分ｔｍ（転走面ｔｍ）は、ラジアル方向に平行で、且つ、軸方向中央Ｐ１から両側に所定幅δをもつ。本実施形態のように、軸受空間にグリースが封入された軸受１では、転動する玉４に踏まれたグリースは、転走面ｔｍから矢符Ｂ１，Ｂ２で表記する軸方向両側に掻き分けられ、この掻き分けられたグリースの一部は、玉４に付着する。このとき軌道面２ａ，３ａの曲率が玉４の曲率よりも大きいため、玉４に付着するグリースの量は、転走面ｔｍから遠ざかる程多くなる。すなわち軌道面２ａ，３ａの曲率が玉４の曲率よりも大きいことで、軌道面２ａ，３ａのうち転走面ｔｍから軸方向両側に離れる程、軌道面２ａ，３ａと玉４との径方向すきまが大きくなる。これにより、軌道面２ａ，３ａのうち転走面ｔｍから軸方向両側に遠ざかる程玉４に付着するグリースの量が多くなる。
玉４に付着したグリースのうち、転走面ｔｍよりも前記連通口Ｒｈがある軸方向一方側（図７左側）のグリースの一部は、玉４がポケットＰｔ内で回転つまり相対動作することで、連通口Ｒｈで掻き取られる。すなわち連通口Ｒｈを、前記転走面ｔｍよりも軸方向一方側（図７左側）に配設することで、玉４に付着する過剰なグリースが前記相対動作により掻き取られる。これと共に前記過剰なグリースは、玉４の圧力により連通口Ｒｈを通してグリース収容凹部ＧＰ（図６）側に押圧されて移動する。
図８は、この実施形態に係る転がり軸受にラジアル荷重およびアキシアル荷重を与えた場合の、玉４と軌道面２ａ，３ａとが接触している部分等を表す転がり軸受１の断面図である。同図に示すように、軸受１にラジアル荷重およびアキシアル荷重の複合荷重が負荷された場合、転走面ｔｍは、ラジアル方向に対し角度βをもって傾き、且つ、この転走面両側に所定幅δをもつ。転動する玉４に踏まれたグリースは、転走面ｔｍから矢符Ｂ１，Ｂ２で表記する軸方向両側に掻き分けられ、この掻き分けられたグリースの一部は、玉４に付着する。
玉４に付着したグリースのうち、軸方向一方側（図８左側）に掻き分けられたグリースの一部は、玉４がポケットＰｔ内で回転つまり相対動作することで、連通口Ｒｈで掻き取られる。すなわち連通口Ｒｈを、前記転走面ｔｍと被らない軸方向一方側に配設することで、玉４に付着した過剰なグリースが前記相対動作により掻き取られる。これと共に前記過剰なグリースは、アキシアル荷重の方向を問わずに、玉４の圧力により連通口Ｒｈを通してグリース収容凹部ＧＰ（図６）側に押圧されて移動する。
比較試験について説明する。
この発明の実施形態に係る保持器を組み込んだ軸受と、従来の冠形保持器を組み込んだ軸受とを比較した。図９（Ａ），（Ｂ）は実施形態に係る保持器を組み込んだ軸受、図１０（Ａ），（Ｂ）は従来の冠形保持器５０を組み込んだ軸受であり、それぞれ下記の運転条件で運転させた後の写真を示したものである。
なお、図１９は従来例の冠形保持器５０の斜視図であり、図２０は同冠形保持器５０の要部の断面図である。
運転条件は、深溝玉軸受の軸受型番６２０６、回転速度１８００ｍｉｎ−１、運転時間約３０ｓｅｃである。
この発明の実施形態に係る保持器を組み込んだ軸受と、従来の冠形保持器を組み込んだ軸受とを比較した。図９（Ａ），（Ｂ）は実施形態に係る保持器を組み込んだ軸受、図１０（Ａ），（Ｂ）は従来の冠形保持器５０を組み込んだ軸受であり、それぞれ下記の運転条件で運転させた後の写真を示したものである。
なお、図１９は従来例の冠形保持器５０の斜視図であり、図２０は同冠形保持器５０の要部の断面図である。
運転条件は、深溝玉軸受の軸受型番６２０６、回転速度１８００ｍｉｎ−１、運転時間約３０ｓｅｃである。
比較試験によると、本発明の保持器５では、軸受に対するグリース封入位置にかかわらず、グリースが連通口Ｒｈを通ってグリース収容凹部ＧＰに入り、従来の保持器５０と比較してポケットＰｔ側のグリースが少ない。グリースは極めて短時間で前記グリース収容凹部ＧＰに移動して低トルクとなる。グリース収容凹部ＧＰに初期にグリースを封入しておけば、起動時のトルクを低減することができる。
以上説明した転がり軸受１によると、保持器５にグリース収容凹部ＧＰを設け、このグリース収容凹部ＧＰと、玉４を保持するポケットＰｔとを連通する連通口Ｒｈを設けたため、軸受運転時、玉４に付着したグリースを連通口Ｒｈによりグリース収容凹部ＧＰに移動させる。つまり玉４がポケットＰｔ内で回転すると、玉４に付着したグリースの一部が連通口Ｒｈに到達し、さらに玉４がポケットＰｔ内で回転（つまり相対動作）することで、前記グリースの一部が連通口Ｒｈで掻き取られると共に玉４の圧力により連通口Ｒｈを通してグリース収容凹部ＧＰ側に押圧されて移動する。前記グリースがグリース収容凹部ＧＰに格納され保持器５と共に回転するため、前述の攪拌抵抗やせん断抵抗を軽減することができる。
グリースによる潤滑では、グリースの基油が潤滑に作用する。グリース収容凹部ＧＰ内に保持されたグリースから分離した基油は、連通口Ｒｈを通って玉４へ供給されるため、潤滑に必要な基油を利用することができる。
このように、軸受の用途に限定されず、グリースやシール等を変更することなく確実に軸受の回転トルクの低減を図ることができるうえ、グリース収容凹部ＧＰ内に保持されたグリースから分離した基油を潤滑に利用することができる。
グリースによる潤滑では、グリースの基油が潤滑に作用する。グリース収容凹部ＧＰ内に保持されたグリースから分離した基油は、連通口Ｒｈを通って玉４へ供給されるため、潤滑に必要な基油を利用することができる。
このように、軸受の用途に限定されず、グリースやシール等を変更することなく確実に軸受の回転トルクの低減を図ることができるうえ、グリース収容凹部ＧＰ内に保持されたグリースから分離した基油を潤滑に利用することができる。
前記連通口Ｒｈは環状体７の内径側に開口する切欠きであるため、保持器形状を複雑化することなく連通口Ｒｈを設けることができる。連通口Ｒｈを孔ではなく切欠きとしたため、この切欠きの縁（エッジ部）でグリースを掻き取る効果を高め、グリース収容凹部ＧＰへ掻き入れる効果を高めることができる。この場合、この保持器５を射出成形で製作する際の金型構造を簡単化することができる。したがって、保持器５の製作コストの低減を図れる。
量産性に優れる射出成形により保持器５を製作する場合、合成樹脂材料としてナイロン等のポリアミド系樹脂を用いることで、加工・組立が容易で低コスト化を図ることができる。保持器５の合成樹脂材料としてポリエーテルエーテルケトン，略称ＰＥＥＫを用いることで、高強度、耐熱性、耐摩耗性、耐加水分解性に優れたものとできる。保持器５の合成樹脂材料としてポリフェニレンサルサイド，略称ＰＰＳを用いることで、高温性、耐薬品性に優れ、難燃性、寸法安定性が高い保持器５とすることができる。
量産性に優れる射出成形により保持器５を製作する場合、合成樹脂材料としてナイロン等のポリアミド系樹脂を用いることで、加工・組立が容易で低コスト化を図ることができる。保持器５の合成樹脂材料としてポリエーテルエーテルケトン，略称ＰＥＥＫを用いることで、高強度、耐熱性、耐摩耗性、耐加水分解性に優れたものとできる。保持器５の合成樹脂材料としてポリフェニレンサルサイド，略称ＰＰＳを用いることで、高温性、耐薬品性に優れ、難燃性、寸法安定性が高い保持器５とすることができる。
近年工業製品に対して強く要求される低環境負荷の観点から、保持器材料として植物由来の樹脂材料を用いても良い。すなわちＣＯ２収支がゼロとなる（カーボンニュートラル）バイオプラスチックの利用であり、この範疇には例えば、サトウキビやとうもろこしといった糖質類から合成されるポリ乳酸やポリブチレンサクシネート、またはひまし油等から合成されるポリアミド等が含まれる。
これら合成樹脂材料、植物由来の樹脂材料を保持器５に適用するには、ガラス繊維やカーボン繊維で強度を増すことが一般に必要となる。
これら合成樹脂材料、植物由来の樹脂材料を保持器５に適用するには、ガラス繊維やカーボン繊維で強度を増すことが一般に必要となる。
保持器の他の実施形態について説明する。
図１１（Ａ），（Ｂ）に示すように、保持器５の環状体７のうちグリース収容凹部ＧＰが設けられた箇所を、同環状体７の軸心Ｌ１を含む平面で切断して見た断面形状について、環状体７の連結部１０が、前記軸心Ｌ１に垂直な平面Ｓ１に対し傾斜する傾斜面１０ａを有するものとしても良い。
図１１（Ａ）に示す保持器５は、連結部１０の肉厚が矢符Ａ１で示す内径側に向かうに従って薄肉となる傾斜面１０ａを有する。この場合、図４の保持器よりも保持器剛性を高め、高速回転させる場合に保持器５の強度を確保し得る。さらに軸受運転時、グリース収容凹部ＧＰ内に溜めたグリースを、回転による遠心力により傾斜面１０ａから内壁部９を介して軸受空間内に円滑に排出させることができる。
図１１（Ｂ）に示す保持器５は、連結部１０の肉厚が矢符Ａ１で示す内径側に向かうに従って厚肉となる傾斜面１０ａを有する。この場合、グリース収容凹部ＧＰに溜めたグリースを、軸受運転時漏出させないように保持することができる。
図１１（Ａ），（Ｂ）に示すように、保持器５の環状体７のうちグリース収容凹部ＧＰが設けられた箇所を、同環状体７の軸心Ｌ１を含む平面で切断して見た断面形状について、環状体７の連結部１０が、前記軸心Ｌ１に垂直な平面Ｓ１に対し傾斜する傾斜面１０ａを有するものとしても良い。
図１１（Ａ）に示す保持器５は、連結部１０の肉厚が矢符Ａ１で示す内径側に向かうに従って薄肉となる傾斜面１０ａを有する。この場合、図４の保持器よりも保持器剛性を高め、高速回転させる場合に保持器５の強度を確保し得る。さらに軸受運転時、グリース収容凹部ＧＰ内に溜めたグリースを、回転による遠心力により傾斜面１０ａから内壁部９を介して軸受空間内に円滑に排出させることができる。
図１１（Ｂ）に示す保持器５は、連結部１０の肉厚が矢符Ａ１で示す内径側に向かうに従って厚肉となる傾斜面１０ａを有する。この場合、グリース収容凹部ＧＰに溜めたグリースを、軸受運転時漏出させないように保持することができる。
図１１（Ｃ）に示す保持器５は、内壁部９の肉厚が矢符Ａ２で示す反ポケット側に向かうに従って薄肉となる傾斜面９ａを有する。この場合、軸受運転時、グリース収容凹部ＧＰ内に溜めたグリースを、回転による遠心力により前記傾斜面９ａから軸受空間内に円滑に排出させることができる。
図１１（Ｄ）に示す保持器５は、内壁部９の肉厚が反ポケット側に向かうに従って厚肉となる傾斜面９ａを有する。この場合、軸受運転時、グリース収容凹部ＧＰ内に溜めたグリースを漏出させないように保持することができる。
図１１（Ｄ）に示す保持器５は、内壁部９の肉厚が反ポケット側に向かうに従って厚肉となる傾斜面９ａを有する。この場合、軸受運転時、グリース収容凹部ＧＰ内に溜めたグリースを漏出させないように保持することができる。
図１２の保持器５Ａは、環状体７のうち、グリース収容凹部ＧＰの反ポケット側の他側面７ｂを覆う覆い部１１を設けている。例えば、マシニングセンタ等を用いた機械加工により、前記覆い部１１を有する形状を製作し易い。この保持器５Ａによると、高速回転の場合、覆い部１１によりグリース収容凹部ＧＰに保持されたグリースが漏出することを防止し得る。
図１３の保持器５Ｂは、射出成形で製作されたものであり、連通口ＲｈをポケットＰｔ側からグリース収容凹部ＧＰ側に向かうに従って広がるように設けている。連通口Ｒｈのうち特に反ポケット側部分Ｒｈａは、環状体７の軸心Ｌ１に平行に形成されている。この場合、射出成形金型から保持器５Ｂを抜き易くすることができる。また、金型に高精度な加工が要求されるポケットＰｔ側でなく、比較的加工の容易なグリース収容凹部ＧＰ側の金型に、連通口Ｒｈを形成する金型を適用することができる。したがって、金型の製作費の低減を図れる。
図１４の保持器５Ｃは、ポケットＰｔの内面における環状体外径側のポケット開口縁１２に、凹み部１３を設けている。この例では、凹み部１３はポケット開口縁１２に２箇所設けられる。これら凹み部１３は、それぞれ前記ポケット開口縁１２から玉配列ピッチ円付近まで環状体内径側へ延びる。前記２箇所の凹み部１３は、ポケットＰｔのポケット開口縁１２における保持器円周方向の中心Ｌ２の両側に位置する。各凹み部１３の内面形状は、保持器円周方向に沿う断面形状が、ポケットＰｔの内面となる凹球面の曲率半径よりも小さい曲率半径の円弧状である。前記断面形状とは、凹み部１３を環状体７の軸心Ｌ１に垂直な平面で切断して見た断面形状と同義である。各凹み部１３は、保持器半径方向につき、環状体外径側から玉配列ピッチ円に近づくに従って徐々に小さく、つまり徐々に浅くかつ幅狭となる形状である。
前記凹み部１３を設けた冠形保持器５Ｃを組み込んだ軸受では、凹み部１３により環状体外径側のポケット開口縁１２でのグリースの掻き取りが低減される。凹み部１３からポケットＰｔ内に進入したグリースは、内輪２（図１）側に移動し、玉配列ピッチ円付近で均される。このため、軸受内のグリースをより多くグリース収容凹部ＧＰに引き込むことが可能となる。なお、凹み部１３を1箇所以上設けても良い。
図１５の保持器５Ｄは、ポケットＰｔの内面の底部に凹み部１４を設けている。この凹み部１４は、ポケット内面における底面の玉配列ピッチ円に沿って形成された一条の溝から成る。グリース収容凹部ＧＰには、増ちょう剤および基油を含むグリースを溜め、このグリースから分離した潤滑に必要な基油を、前記連通口Ｒｈを通してポケットＰｔに移動させることで潤滑に寄与する。図１５に示す凹み部１４に、グリースから分離した基油の一部が進入するため、玉４（図１）とポケットＰｔ間の基油による粘性せん断抵抗を減らすことができる。それ故、より低トルク化に寄与し得る。
図１６に示す保持器５Ｅのように、グリース収容凹部ＧＰ内に仕切り板１５を設けても良い。この例の仕切り板１５は、グリース収容凹部ＧＰを二分割するものであり、軸心Ｌ１に平行に配設される。このような仕切り板１５によって、グリース収容凹部ＧＰ内のグリースの移動が規制され、グリース収容凹部ＧＰの内壁部９にグリースが付着し易くなる。したがって、グリース収容凹部ＧＰにグリースを保持し易くできる。なお、仕切り板１５は、グリース収容凹部ＧＰ内を完全に仕切らない形態のものや、軸心Ｌ１に平行でない形態のものを適用することも可能である。
グリース収容凹部ＧＰに初期にグリースを封入しておき、ポケットＰｔ側のグリースを予め少なくしておいても良い。この場合、グリースの一部が連通口Ｒｈで掻き取られる効果は前記各実施形態のものより低くなるが、ポケットＰｔ側のグリースが少ない分、起動時のトルク低減を図ることができる。また、グリース収容凹部ＧＰ内に封入されたグリースから分離した基油は、連通口Ｒｈを通って玉４へ供給されるため、潤滑に必要な基油を利用することができる。
転がり軸受としてアンギュラ玉軸受を適用しても良い。荷重負荷の小さいアンギュラ玉軸受の場合、軸受全体の玉数を減らし、回転トルクを低減させると共に本実施形態のいずれかの保持器を用いることで、さらにトルク低減を図ることが可能となる。
各実施形態では、環状体のポケット間全てにグリース収容凹部を設けているが、この形態に限定されるものではない。任意のポケット間にグリース収容凹部を少なくとも１つ設ければ足りる。
各実施形態では、環状体のポケット間全てにグリース収容凹部を設けているが、この形態に限定されるものではない。任意のポケット間にグリース収容凹部を少なくとも１つ設ければ足りる。
図１７に示すように、保持器５Ｆの連通口は、グリース収容凹部ＧＰと、このグリース収容凹部ＧＰに対する円周方向片側のポケットＰｔ（図１７の各ポケットの右側）とにわたって連通するものであっても良い。図１８は、図１７の円周方向片側のポケットＰｔのみに連通口Ｒｈを設けた冠形保持器５Ｆを組み込んだ軸受を、ポケット開放側から見た図を示す。
軸受運転時、保持器５Ｆの連通口Ｒｈは、軸受空間における軸受内径側から玉４に付着した過剰なグリースを掻き取る。このため、内外輪２，３いずれかの回転方向が決まっている用途であれば、グリース収容凹部ＧＰと円周方向片側のポケットＰｔとにわたって連通する連通口Ｒｈを設けることで、軸受運転時、保持器５Ｆに対する玉４の一方向の相対動作により玉４に付着したグリースを、前記連通口Ｒｈを通してグリース収容凹部ＧＰにスムースに移動させる作用効果が生じる。これにより、トルク低減を図れる。図１８に示すように、内輪２が同図時計回りに回転することで、保持器５Ｆに対する玉４の矢符Ａ１で示す一方向の相対動作により玉４に付着したグリースを、前記連通口Ｒｈを通してグリース収容凹部ＧＰにスムースに移動させる作用効果が生じる。
軸受運転時、保持器５Ｆの連通口Ｒｈは、軸受空間における軸受内径側から玉４に付着した過剰なグリースを掻き取る。このため、内外輪２，３いずれかの回転方向が決まっている用途であれば、グリース収容凹部ＧＰと円周方向片側のポケットＰｔとにわたって連通する連通口Ｒｈを設けることで、軸受運転時、保持器５Ｆに対する玉４の一方向の相対動作により玉４に付着したグリースを、前記連通口Ｒｈを通してグリース収容凹部ＧＰにスムースに移動させる作用効果が生じる。これにより、トルク低減を図れる。図１８に示すように、内輪２が同図時計回りに回転することで、保持器５Ｆに対する玉４の矢符Ａ１で示す一方向の相対動作により玉４に付着したグリースを、前記連通口Ｒｈを通してグリース収容凹部ＧＰにスムースに移動させる作用効果が生じる。
軸受組立時に前記グリース収容凹部ＧＰにグリースを封入したものであっても良い。例えば、軸受空間に封入するグリース封入量自体を変えずに、軸受組立時にグリース収容凹部ＧＰにグリースを封入しておくことで、軸受空間に封入されたグリース全体のうち軌道面にあるグリースのみが起動時、潤滑に寄与する。グリース収容凹部ＧＰに保持されたグリースは保持器５と共に回転するため、玉４および保持器５がグリースを攪拌する攪拌抵抗や、保持器５とシール等との間でグリースをせん断するせん断抵抗の低減を図ることができる。これにより起動時のトルクを低減することができる。その後、グリース収容凹部ＧＰに封入されたグリースから基油の一部が分離し、連通口Ｒｈを通ってポケットＰｔ内の玉４に供給され潤滑に供される。このように潤滑に必要な基油の一部を利用するうえ、グリースの増ちょう剤をグリース収容凹部ＧＰに残すため、前記攪拌抵抗およびせん断抵抗が軸受運転中増加することもない。
１…転がり軸受
２…内輪
３…外輪
４…玉
５〜５Ｅ…保持器
６…密封装置
７…環状体
８…爪
９…内壁部
１０…連結部
１１…覆い部
１２…ポケット開口縁
１３，１４…凹み部
１５…仕切り板
ＧＰ…グリース収容凹部
Ｐｔ…ポケット
Ｒｈ…連通口
２…内輪
３…外輪
４…玉
５〜５Ｅ…保持器
６…密封装置
７…環状体
８…爪
９…内壁部
１０…連結部
１１…覆い部
１２…ポケット開口縁
１３，１４…凹み部
１５…仕切り板
ＧＰ…グリース収容凹部
Ｐｔ…ポケット
Ｒｈ…連通口
Claims (15)
- 内外輪間に介在する複数の玉が保持器に保持された転がり軸受において、
前記保持器は、環状体の一側面に一部が開放されて内部に玉を保持するポケットを、前記環状体の円周方向複数箇所に有する冠形状であり、前記環状体のうち円周方向に隣接するポケット間にグリースを溜めるグリース収容凹部を設け、このグリース収容凹部と前記ポケットとに連通し、前記玉に付着したグリースを、玉と保持器との相対動作により前記グリース収容凹部へ移動させる連通口を設け、この連通口は、前記ポケットの間口縁で前記環状体の内径側に開口する切欠きであり、この切欠きの縁で前記玉に付着したグリースを掻き取りこのグリースを前記グリース収容凹部へ移動させることを特徴とする転がり軸受。 - 請求項１において、前記環状体の軸心に垂直な平面であり前記ポケットの中心を通る前記平面に対する、前記連通口の中央部の角度を２０度以上５０度以下の範囲とした転がり軸受。
- 前記１または請求項２において、前記連通口における、前記ポケットの保持器円周方向に沿った最大幅寸法を、前記ポケットの内径の１０％以上４０％以下の範囲とした転がり軸受。
- 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記環状体のうちグリース収容凹部が設けられた箇所を、同環状体の軸心を含み、隣接するポケット間の中間部を通る平面で切断して見た断面形状について、
前記環状体の内壁部および円周方向に隣接するポケットを繋ぐ連結部が、前記グリース収容凹部を成し、
前記内壁部が前記軸心に対し傾斜する傾斜面を有するもの、および、前記連結部が前記軸心に垂直な平面に対し傾斜する傾斜面を有するもののいずれか一方または両方を含む転がり軸受。 - 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記グリース収容凹部内に仕切り板を設けた転がり軸受。
- 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記環状体のうち、グリース収容凹部の反ポケット側の他側面を覆う覆い部を設けた転がり軸受。
- 請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記ポケットの内面における環状体外径側のポケット開口縁に、凹み部を設けた転がり軸受。
- 請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記ポケットの内面の底部に、凹み部を設けた転がり軸受。
- 請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、前記保持器は射出成形で製作されたものであり、前記連通口を環状体の軸心に平行、またはポケット側からグリース収容凹部側に向かうに従って広がるように設けた転がり軸受。
- 請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、前記保持器が合成樹脂材料または植物由来の樹脂材料を含む転がり軸受。
- 請求項１ないし請求項１０のいずれか１項において、前記グリース収容凹部に初期にグリースを封入した転がり軸受。
- 請求項１ないし請求項１１のいずれか１項において、前記転がり軸受が深溝玉軸受またはアンギュラ玉軸受である転がり軸受。
- 請求項１２において、前記転がり軸受が深溝玉軸受である場合に、内外輪間の軸受空間を塞ぐ密封装置を外輪に設けた転がり軸受。
- 請求項１ないし請求項１３のいずれか１項において、前記保持器の連通口は、グリース収容凹部と、このグリース収容凹部に対する円周方向片側のポケットとにわたって連通するものである転がり軸受。
- 環状体の一側面に一部が開放されて内部に玉を保持するポケットを、前記環状体の円周方向複数箇所に有する冠形状の保持器において、
前記環状体のうち円周方向に隣接するポケット間にグリースを溜めるグリース収容凹部を設け、このグリース収容凹部と前記ポケットとに連通し、前記玉に付着したグリースを、玉と保持器との相対動作により前記グリース収容凹部へ移動させる連通口を設け、この連通口は、前記ポケットの間口縁で前記環状体の内径側に開口する切欠きであり、この切欠きの縁で前記玉に付着したグリースを掻き取りこのグリースを前記グリース収容凹部へ移動させることを特徴とする冠形保持器。
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